DH36 против EH36 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
DH36 и EH36 — это высокопрочные, низколегированные (HSLA) конструкционные стали, широко используемые в судостроении, морских сооружениях и тяжелом производстве. Инженеры и специалисты по закупкам часто сталкиваются с дилеммой выбора между этими двумя марками, когда необходимо сбалансировать ударную вязкость при низких температурах с учетом стоимости, свариваемости и доступности. Типичные контексты принятия решений включают обшивку корпуса для различных климатов эксплуатации, применение для малых судов против полярных условий и производственные процессы, которые ограничивают термообработку после сварки.
Основное практическое различие между DH36 и EH36 заключается в их заданной ударной вязкости при низких температурах и производственных контролях, которые поддерживают эту производительность. Обе марки принадлежат к одной семье HSLA судостроительных сталей и имеют схожие химические стратегии, но EH36 специфицируется и обрабатывается так, чтобы продемонстрировать превосходную вязкость при низких температурах по сравнению с DH36, что влияет на обработку, инспекцию и стоимость.
1. Стандарты и обозначения
- Общие международные стандарты, в которых встречаются эти обозначения:
- ASTM/ASME: ASTM A131 (сталь для судостроения) — AH36 / DH36 / EH36 являются общими обозначениями A131.
- ABS / DNV / LR / BV / NK: Классификационные общества ссылаются на эквивалентные требования для марок листов.
- EN: Семейство EN 10025 охватывает конструкционные стали, но не использует номенклатуру AH/DH/EH напрямую; марки EN, такие как S355, имеют сопоставимые уровни прочности.
- JIS / GB: Стандарты JIS и китайские стандарты GB имеют аналогичные морские конструкционные марки; национальные обозначения различаются.
- Тип материала: HSLA (высокопрочная низколегированная) конструкционная углеродная сталь с микроалюминиевыми элементами для прочности и вязкости.
2. Химический состав и стратегия легирования
Следующая таблица дает представительные диапазоны состава, типичные для сталей семейства AH/DH/EH36. Точные пределы зависят от стандартов и конкретного завода; обратитесь к спецификации на закупку для гарантированных значений.
| Элемент | Типичный диапазон / комментарий (в%) |
|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 (содержится на низком уровне для сохранения свариваемости и вязкости) |
| Mn | 0.7 – 1.6 (основной вклад Mn в прочность) |
| Si | 0.10 – 0.50 (обезуглероживание; небольшие количества способствуют прочности) |
| P | ≤ 0.035 (контролируется для избежания хрупкости) |
| S | ≤ 0.035 (контролируется для улучшения вязкости и свариваемости) |
| Cr | ≤ 0.40 (если присутствует, незначительно улучшает закаливаемость и прочность) |
| Ni | ≤ 0.50 (иногда добавляется для повышения вязкости при низких температурах) |
| Mo | следы – 0.15 (может улучшить закаливаемость и стойкость к ползучести) |
| V | следы – 0.10 (микролегирующий, улучшает размер зерна) |
| Nb (Cb) | следы – 0.06 (микролегирующий, стабилизирует мелкозернистую структуру) |
| Ti | следы – 0.02–0.05 (обезуглероживатель, улучшает зернистость при использовании) |
| B | следы (ppm, может увеличить закаливаемость при очень низких уровнях) |
| N | контролируемые низкие уровни (влияет на осаждение и вязкость) |
Стратегия легирования: - Низкое содержание углерода и контролируемые уровни примесей поддерживают свариваемость и вязкость. - Mn является основным вкладом в прочность; микроалюминиевые элементы (Nb, V, Ti) используются в небольших количествах для улучшения размера зерна и увеличения предела текучести за счет осаждения без повышения углерода. - Небольшие добавки Ni и Cr (или Mo) могут использоваться для обеспечения вязкости при низких температурах или для незначительного улучшения закаливаемости. EH36 обычно требует более строгого контроля химии и термомеханической обработки для соответствия критериям ударной вязкости при низких температурах.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичная микроструктура: - Листы DH36/EH36 в состоянии прокатки или термомеханической обработки демонстрируют уточненную ферритно-перлитную или ферритную структуру с дисперсным мелким байнитом/закаленным мартенситом в зависимости от охлаждения и содержания легирующих элементов. - Микролегированные стали с Nb/V/Ti способствуют образованию мелкой полигональной ферритной матрицы с мелкими осадками, улучшая предел текучести и вязкость.
Эффекты обработки: - Нормализация: Повышает вязкость за счет получения однородной мелкозернистой структуры; иногда специфицируется для очень толстых листов для обеспечения однородности. - Закалка и отпуск: Обычно не применяются к обычным судовым листам из-за стоимости; эти марки предназначены для прокатки или термомеханически контролируемой обработки, где контролируемое охлаждение заменяет полные циклы закалки/отпуска. - Термомеханически контролируемая обработка (TMCP): Общий путь для DH36 и EH36 для достижения высокой прочности и вязкости при низких температурах без чрезмерного содержания легирующих элементов. TMCP обеспечивает благоприятные последовательности превращений, которые производят игольчатый феррит/байнит и ограничивают грубый перлит.
Реакция EH36: - Для соответствия требованиям к низким температурам удара EH36 часто производится с более строгими графиками TMCP, более низким эквивалентом углерода и более строгой чистотой, чтобы избежать хрупких включений; более толстые листы могут проходить дополнительное испытание на вязкость или нормализацию в печи.
4. Механические свойства
Представительные диапазоны механических свойств (типичные; проверяйте по стандарту и толщине):
| Свойство | Типичное требование / диапазон |
|---|---|
| Предел текучести (мин) | ≈ 355 МПа (обычно специфицируется для семейства AH/DH/EH36) |
| Удлинение (A%) | ≥ 20% (зависит от толщины и стандарта) |
| Ударная вязкость по Шарпи | Зависит от марки: DH36 испытывается при более низкой температуре, чем AH36; EH36 имеет заданную ударную энергию при еще более низкой температуре |
| Твердость | Обычно < 250 HB (варьируется в зависимости от обработки) |
Интерпретация: - Прочность: DH36 и EH36 демонстрируют сопоставимые номинальные пределы текучести и прочности на разрыв; различия не заключаются в статической прочности, а в ударной вязкости при заданных температурах. - Вязкость и пластичность: EH36 специфицируется для сохранения более высокой ударной вязкости при низких температурах по сравнению с DH36. Достижение этого обычно требует более строгого контроля процесса и иногда снижения эквивалента углерода, что может привести к немного различным механическим компромиссам. - Твердость: Обе марки не являются закаленными сталями; твердость умеренная и контролируется прокаткой и TMCP.
5. Свариваемость
Соображения по свариваемости зависят от содержания углерода, эквивалента углерода (CE) и наличия микроалюминиевых элементов, которые увеличивают закаливаемость.
Общие индикаторы свариваемости (полезные для качественной оценки): - Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Международный Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Более низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ предполагают более легкую свариваемость с меньшей необходимостью в предварительном подогреве и термообработке после сварки (PWHT). - DH36 и EH36 имеют низкий до умеренного CE из-за ограниченного содержания углерода и контролируемого легирования; поэтому они обычно считаются свариваемыми с использованием стандартных процедур для конструкционных сталей. - EH36 может требовать более консервативных практик сварки для толстых секций или очень низких температур окружающей среды, поскольку его производство направлено на обеспечение лучшей вязкости при низких температурах; микроалюминирование, которое уточняет размер зерна, может локально увеличить закаливаемость, поэтому иногда рекомендуется предварительный подогрев и контролируемые температуры межпроходной сварки.
Практические рекомендации по сварке: - Используйте соответствующие сварочные материалы, соответствующие требованиям по прочности и вязкости. - Для толстых листов или холодной эксплуатации квалифицируйте процедуры и учитывайте PWHT или контролируемое охлаждение, чтобы предотвратить закаливание зоны термического влияния или водородные трещины. - Неразрушающее тестирование и испытания образцов целесообразны при замене одной марки на другую в критических приложениях.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни DH36, ни EH36 не являются нержавеющей сталью; обе являются обычными углеродными/HSLA сталями и требуют защиты поверхности для долгосрочной коррозионной стойкости.
- Типичные системы защиты: горячее цинкование (для некоторых компонентов), барьерные покрытия (эпоксидные грунтовки, полиуретановые верхние покрытия), катодная защита для морских сооружений и жертвенные коррозионные запасы в проектировании.
- Темпы потери металла, частота обслуживания и выбор системы покрытия зависят от окружающей среды (морская брызга, атмосферная, погруженная в морскую воду).
- Формула PREN (для оценки нержавеющей стали) не применима к этим ненержавеющим сталям, но для справки: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Использование PREN имеет смысл только при оценке нержавеющих сплавов.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формование: С умеренным пределом текучести и хорошей пластичностью обе марки могут быть прокатаны, согнуты и прессованы; радиусы изгиба должны учитывать толщину и требования к вязкости при низких температурах EH36.
- Обрабатываемость: HSLA стали менее обрабатываемы, чем обычные углеродные стали из-за микроалюминирования и более высокой прочности. Износ инструмента несколько выше; нормальные параметры обработки и карбидные инструменты являются типичными.
- Резка: Термальная резка (оксигазовая, плазменная) распространена для листов; минимизируйте размер зоны термического влияния и выполняйте пострезку для защиты от коррозии.
- Финишная обработка: Шлифовка и подготовка поверхности следуют стандартным практикам; EH36 может требовать дополнительного внимания, чтобы избежать локальной холодной обработки, которая может повлиять на вязкость при низкой температуре.
8. Типичные применения
| DH36 – Типичные применения | EH36 – Типичные применения |
|---|---|
| Обшивка корпуса и палубные плиты для судов, работающих в умеренных и холодных климатах (эксплуатация до примерно −20°C) | Обшивка корпуса и конструкционные плиты для судов или морских единиц, предназначенных для полярной/субарктической эксплуатации (эксплуатация до примерно −40°C) |
| Морские надстройки и вторичные конструктивные элементы, где умеренная вязкость при низких температурах является достаточной | Критические конструктивные элементы, распорки и компоненты, чувствительные к ударам при низких температурах, в арктических морских платформах |
| Грузовые палубы, переборки и общие конструкционные плиты, где приоритетом являются экономическая эффективность и стандартные практики сварки | Структуры, где требуются более строгие квалификации и испытания на вязкость; области с жесткими сертификатами на ударную вязкость |
Обоснование выбора: - Выбирайте на основе проектной температуры, требуемой ударной энергии при этой температуре, толщины (толстые листы сложнее производить с однородной вязкостью при низких температурах) и планов обслуживания на протяжении всего жизненного цикла.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: EH36 обычно немного дороже, чем DH36 из-за более строгой обработки, более жесткого контроля химии и дополнительных испытаний для гарантии вязкости при низких температурах.
- Доступность: Обе марки широко доступны от крупных заводов в виде листов; однако очень толстые листы EH36 или специфические комбинации толщины/ширины могут быть менее распространены и подвержены более длительным срокам поставки.
- Формы продукции: Лист является доминирующей формой. Доступность нарезанных по длине, предварительно изготовленных секций или сертифицированных отчетов о испытаниях завода должна быть подтверждена при закупке.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы (качественное):
| Характеристика | DH36 | EH36 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Хорошая (стандартные практики HSLA) | Хорошая, но может потребовать более строгого контроля сварки для толстых секций |
| Баланс прочности и вязкости | Высокая прочность с хорошей вязкостью при умеренных низких температурах | Схожая статическая прочность, более высокая сертифицированная вязкость при низких температурах |
| Стоимость | Ниже | Выше (из-за обработки и испытаний) |
Рекомендация: - Выбирайте DH36, если: конструкция будет эксплуатироваться в умеренных или умеренно холодных условиях (проектная температура эксплуатации около −20°C или выше), если стоимость и стандартные практики изготовления являются приоритетом, и когда толщины, участвующие в проекте, находятся в диапазонах, которые не ставят под сомнение пределы вязкости. - Выбирайте EH36, если: конструкция будет подвергаться очень низким температурам (арктическая или субарктическая эксплуатация), если нормативные или классификационные требования требуют более высокой ударной вязкости при низких температурах, или когда критические сварные детали требуют гарантированных запасов вязкости, несмотря на более толстые секции.
Заключительная заметка: DH36 и EH36 принадлежат к одной семье HSLA судостроительных сталей и часто взаимозаменяемы для многих требований по прочности, но выбор определяется заданной температурой удара, контролем обработки и требованиями к инспекции. Для любого критического применения всегда проверяйте действующий стандарт и сертификаты материалов завода, а также квалифицируйте процедуры сварки и методы проверки в соответствии со спецификацией проекта.